由于过渡金属氧化物（FeO_x，Co₃O₄，NiO等）具有高的理论储锂容量，作为LIBs的阳极材料受到了极大的关注。然而，在重复锂化/脱锂过程中，金属氧化物存在导电性差、体积膨胀/收缩导致粉化和团聚等问题，导致电池的循环稳定性和倍率特性仍不理想。为了克服上述问题，通过氧化物的纳米结构设计（纳米纤维和纳米管）、与纳米碳杂化，均可以在一定程度上改善电极材料的电化学性能。然而，在大电流充放电下仍保持材料结构的完整性仍是一个巨大的挑战。静电纺丝技术可以非常容易地实现金属氧化物约束到碳纳米纤维内部。然而，嵌入纤维内部的部分电活性材料利用率不高，且在循环充放电过程中碳的包覆结构不能有效地抑制其体积膨胀/收缩和团聚等问题，导致其比容量低、倍率性能和循环寿命较差。因此，金属氧化物/碳纤维电极材料的结构需要进一步设计，使其具有优异的结构稳定性以及快速的电子/离子传输能力。

【成果简介】

近日，哈尔滨工程大学的范壮军（通讯作者）团队开发了一种新型柔性N掺杂碳纳米纤维/CoFe₂O₄薄膜（I-CoFe₂O₄@N-CNF）。该工作通过静电纺丝技术实现了金属氧化物的双层碳保护，即稳定的碳外壳和蜂窝状碳内核，CoFe₂O₄纳米片嵌入到相互贯通且良好导电的碳纳米片中。静电场作用下形成独特的碳壳能够有效地保持纤维在充放电循环过程中结构的稳定性，而纤维内部三维网状碳可有效地抑制CoFe₂O₄的聚集和体积膨胀/收缩。此外，相互贯通的3D导电网络和中孔结构在锂化/脱锂过程中提供快速的离子和电子传输通道。因此，I-CoFe₂O₄@N-CNF表现出高倍率性能（858 mAhg^-1（0.1Ag^-1），306mAh g^-1（30 Ag^-1）），以及优异的循环稳定性（在10 Ag^-1下循环10000次几乎没有容量损失）。相关研究成果“Electrostatic Interaction in ElectrospunNanofibers: Double-layer Carbon Protection of CoFe₂O₄Nanosheets Enabling Ultralong-Life and Ultrahigh-Rate Lithium Ion Storage”为题发表在Nano Energy上。